Учебные пособия для 4 курса; ЗО;ФФ / Физико-химические методы анализа

В поляриметре применен принцип уравнивания яркостей разделенного на две части поля зрения. При этом вначале уравнивается яркость обеих половин вблизи полного затемнения поля зрения при использовании пустой кюветы (нулевое положение поляриметра). При введении затем между анализатором и поляризатором кюветы с раствором оптически активного вещества равенство освещенности обеих половин поля зрения нарушается. Его можно восстановить, если повернуть анализатор на угол, равный углу поворота плоскости поляризации.

Отклонение плоскости поляризации выражают в угловых градусах, называют

углом вращения плоскости поляризации и обозначают(α).

Угол вращения зависит от природы вещества, его концентрации, толщины слоя, длины волны света и температуры.

31

Способность веществ вращать плоскость поляризации характеризуют

удельным вращением.

Удельным вращением называют вращение плоскости поляризации в правую или левую сторону, вызванное слоем раствора вещества толщиной 1 дм, имеющего концентрацию 1г вещества в 1 мл объема. Удельное вращение зависит от природы вещества, длины волны поляризованного света, температуры, природы растворителя. Поскольку удельное вращение зависит от температуры и длины света, то значение α относят к температуре 20° и желтой линии спектра λD и обозначают[α]D20 .

Для растворов удельное вращение определяют по формуле:

где С – концентрация раствора, %;

– толщина трубки, дм.

Удельное вращение является константой, используемой для установления подлинности и чистоты веществ.

Например, согласно НД растворы цефалоспоринов указанных концентраций (%) вращают плоскость поляризации вправо: цефалексин - [α]D20

= +149-1580 (с 1,0; вода); цефалотин - [α]D20 = +124-1340 (с 5,0; H2O); влево – цефамезин, [α]D20 = -14-240 (с 5,0; раствор NaHCO3). Полученные результаты анализа, отличные от указанных выше констант будут свидетельствовать о

32

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ

1.Какое явление лежит в основе поляриметрического метода?

2.Поясните устройство и принцип работы поляриметра.

3.Каковы правила работы на поляриметре?

4.Поясните физический смысл удельного вращения. Укажите формулу для его определения. От каких факторов зависит удельное вращение?

5.Для каких целей используется поляриметрия в фарманализе? Приведите примеры.

6.Каковы преимущества и недостатки поляриметрического метода.

7.Дайте заключение о качестве кортизона ацетата по удельному вращению по ГФ X, ст. 187 (0,5% раствор в ацетоне должен иметь удельное вращение от

+178° до +194°) при данных анализа α =+1,9°, ℓ=20 см.

8.Сделайте заключение о качестве 10% раствора ментола при допустимой норме отклонения ±3% (приказ МЗ РФ № 305), если угол вращения раствора α = -9,5° при толщине слоя 189 мм , удельное вращение от -49° до -51°.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Выберите один или несколько правильных ответов

1.В ОСНОВЕ ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ЛЕЖИТ ЯВЛЕНИЕ

1)вращения плоскости поляризованного света

2)поглощения света

3)дифракции света

4)поляризации электрода

2.УДЕЛЬНОЕ ВРАЩЕНИЕ – ЭТО

1)константа при определенных условиях опыта

2)вращение вещества при его нагревании

3)угол вращения плоскости поляризованного света, вызванный слоем вещества толщиной в 1 дм при концентрации раствора, равной 1%

4)величина концентрации оптически активного вещества

3.ВЕЛИЧИНА УДЕЛЬНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗАВИСИТ ОТ СЛЕДУЮЩИХ ФАКТОРОВ

1)длина поляризованной трубки

33

2)концентрация вещества

3)природа анализируемого вещества

4)природа растворителя

4.УДЕЛЬНОЕ ВРАЩЕНИЕ ИЗМЕРЯЕТСЯ

1)в угловных градусах

2)в милливольтах

3)в градусах Кельвина

4)безразмерная величина

5.ОСНОВНЫМИ УЗЛАМИ ПОЛЯРИМЕТРА ЯВЛЯЮТСЯ

1)поляризатор

2)кювета

3)анализатор

4)окуляр

6.ПОЛЯРИМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ИСПОЛЬЗУЕТСЯ

1)для определения концентрации вещества

2)для установления подлинности

3)для определения чистоты вещества

4)для определения количества влаги

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Задание 1. Оценка качества левомицетина методом поляриметрии. Определить удельное вращение стандартного раствора левомицетина (ГФ Х11,

с. 576) .

20 мл 5 %-ого раствора в 95%-ном этаноле измеряют величину α приготовленного раствора на поляриметре относительно растворителя в поляризационной трубке длиной 1 нм. Затем рассчитывают по температуре удельного вращения. Оно составляет + 16,8о. Сравниваем полученное значение (+18 − +21 о) и делаем вывод о соответствии требованию ГФ.

Задание 2. Провести количественный анализ 40%-ного раствора глюкозы для инъекций с помощью метода поляриметрии и сделать вывод. Проведя трижды измерение угла вращения после заполнения поляризационной трубки, трижды берут среднее из трех измерений и проводят расчет cодержания глюкозы в растворе по формуле, учитывая что [α] удельного вращения водного

34

раствора глюкозы составляет 51,5-53,0о.

Сделать вывод о соответствии требованиям ГФ, если найденный угол вращения раствора глюкозы α = 21,8о.

ГЛАВА 3. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ И ФОТОЭЛЕКТРОКОЛОРИМЕТРИЯ

Высокая специфичность, возможность широкого выбора полос поглощения, сравнительная простота и точность измерений, достигаемые современной аппаратурой, обеспечивают фотометрическому анализу широкое использование в анализе различных лекарственных средств.

Спектрофотометрический метод широко используется для идентификации, установления количественного содержания и определения чистоты веществ. Указанный метод с успехом применяется также для количественного анализа многокомпонентных смесей. Достоинствами метода являются относительная простота эксперимента, специфичность и использование сравнительно небольшого количества вещества (2-5 мг). Метод относится к средне чувствительным (в большинстве случаев измеряют концентрации 10−1-101 мкг/мл).

3.1. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Одним из общих свойств молекул является способность к избирательному поглощению электромагнитного излучения, что и положено в основу исследования строения и идентификации веществ.

Основные области электромагнитного спектра, расположенные в порядке уменьшения энергии (увеличения λ), представлены на рис. 5.

λ − длина волны излучения, выражается в долях метра: см, мкм (10−6 м), нм

(10−9 м) и ангстремах (Å = 10 −10 м).

35

Рис. 5. Области электромагнитного спектра и используемые методы исследования

Наибольший интерес для анализа лекарственных средств представляет ультрафиолетовая (200-400 нм), видимая (400-800 нм), инфракрасная (2-15 мк) и радиочастотная (10-100 см) области спектра.

Механизмы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом в перечисленных областях спектра существенно отличаются друг от друга, но в любом случае происходит поглощение молекулой определенного количества

36

энергии.

Спектрофотометрия в ультрафиолетовой и видимой областях спектра для целей анализа веществ основана на поглощении электромагнитного излучения с длиной волны от 200 до 800 нм.

При облучении исследуемого вещества электромагнитным излучением с постепенно меняющейся длиной волны (энергией) можно проследить изменение интенсивности его поглощения. Графическое изображение этой зависимости называется электромагнитным спектром (рис.6). Область интенсивного поглощения в нем называется полосой поглощения. Длина волны, при которой наблюдается максимум поглощения, обозначается λmax, ее также называют

аналитической длиной волны.

На рис. 6 представлены УФ-спектры различных лекарственных веществ. УФ-спектр вещества может иметь несколько максимумов поглощения (например, анаприлин, дибазол, димедрол), каждый из которых соответствует различным типам электронных переходов.

Поглощение световой энергии органическими соединениями в УФ- и видимой областях спектра связано с переходом σ-, π- и n-электронов из основного состояния в состояние с более высокой энергией.

Вид спектральной кривой зависит от ряда факторов: строения молекул вещества; растворителя; наличия в молекуле исследуемого вещества тех или иных заместителей; поведения вещества в растворе (способность образовывать внутри- и межмолекулярные водородные связи); наличия или отсутствия динамической изомерии и т.д.

Природа полос поглощения в УФ-(200-360 нм) и видимой (360-800 нм) областях спектра одинакова и связана главным образом с числом и расположением электронов в поглощающих молекулах и ионах. Вещества, поглощающие только в УФ-области, для человеческого глаза бесцветны.

Поглощение вещества при облучении его монохроматическим УФ-светом изображают графически – чаще в виде кривой зависимости оптической

37

плотности (D) от длины волны падающего света (λ, нм), называемой УФспектром (см. рис. 6 ).

Образец анализируемого вещества при спектрофотометрических определениях обычно растворяют в соответствующем растворителе. Для этой цели пригодны многие растворители: вода, спирты, низшие углеводороды, хлороформ, разведенные растворы едкого натра, аммиака, хлористоводородной или серной кислоты. Следует использовать растворители, не содержащие примесей, поглощающих в данной спектральной области.

Рис. 6. УФ-спектры:

1− анаприлин, с 2,0 10−3 %, метанол;

2− дибазол, с 1,0 · 10−3 %, этанол с добавлением 0,1 моль/л NaOH;

3 − димедрол, с 5,0 · 10−2 %, этанол.

Образец анализируемого вещества при спектрофотометрических определениях обычно растворяют в соответствующем растворителе. Для этой цели пригодны многие растворители: вода, спирты, низшие углеводороды,

38

хлороформ, разведенные растворы едкого натра, аммиака, хлористоводородной или серной кислоты. Следует использовать растворители, не содержащие примесей, поглощающих в данной спектральной области.

Для получения УФ спектров, как правило, используют растворители, не обладающие собственным поглощением в записываемой области.

3.2. ОСНОВНОЙ ЗАКОН СВЕТОПОГЛОЩЕНИЯ

При прохождении света через раствор изменение его интенсивности может быть вызвано светопоглощением определяемого вещества, растворителя, рассеянием, отражением и т.д. (рис. 7).

Чтобы исключить влияние светорассеяния, анализируемый раствор должен быть прозрачным, то есть не должно быть взвешенных частиц. Прочие эффекты компенсируют, используя раствор сравнения и одинаковые кюветы.

Рис. 7. Прохождение светового потока через раствор

Зависимость интенсивности монохроматического светового потока, прошедшего через анализируемый раствор, определяется объединенным законом Бугера-Ламберта-Бера:

κ – коэффициент светопоглощения, пропорциональности; С – концентрация растворенного вещества;

l – толщина поглощающего слоя.

Величина κ является специфической физической константой для каждого вещества; она зависит от природы растворенного вещества, растворителя, температуры, длины волны света и не зависит от концентрации растворенного вещества, толщины поглощающего слоя. В

зависимости от способа выражения концентрации вещества коэффициент поглощения в формуле (3.1) может иметь два значения: молярного показателя

поглощения (ε) и удельного показателя поглощения ( E11см% ).

оптическую плотность раствора с концентрацией вещества 1 моль/л и толщиной поглощающего слоя 1 см.

Удельный показатель поглощения ( Е 1% ) – оптическая плотность

1см

1 % раствора при толщине поглощающего слоя 1 см.

Принято называть их единым термином – коэффициенты экстинкции ε и

Е11см% Связь между величинами молярного и удельного показателей поглощения

где М.м. − молекулярная масса.

В практике фармацевтического анализа наибольшее применение находит